实时频谱分析
频谱分析要想归入实时类别中,必须没有间隙地、不确定地处理关心的频宽内包含的所有信息。RSA 必须获得时域波形中包含的全部信息,把信息转换成频域信号。实时完成这一点必须满足多个重要的信号处理要求:
1)提供足够的捕获带宽,支持分析关心的信号
2)足够高的 ADC 时钟速率,捕获带宽要超过内奎斯特标准
3)足够长的分析间隔,支持关心的最窄解析带宽(RBW)
4)足够快的DFT变换速率,关心的RBW超过内奎斯特标准
5)DFT 速率超过内奎斯特RBW 标准,这要求重叠DFT帧
6)重叠程度取决于窗口函数
7)窗口函数取决于 RBW
对直到最大实时采集带宽的频宽,当前 RSA 满足了上面列出的频率模板触发(FMT)的实时要求。因此,触发频域事件会考虑选定采集带宽中包含的所有信息。
发现和捕获瞬态事件
快速重复傅立叶变换的另一个应用是发现、捕获和观察频域中的偶发事件。一个实用指标是以100%概率捕获单个不重复事件的最小事件周期。最小事件定义为在指定精度能够以100%确定性捕获的最窄矩形脉冲。可以检测更窄的事件,但精度和概率可能会下降。发现、捕获和分析瞬态事件要求:
1)提供足够的捕获带宽,支持分析关心的信号
2)足够高的 ADC 时钟速率,捕获带宽要超过内奎斯特标准
3)足够长的分析间隔,支持关心的最窄解析带宽(RBW)
4)足够快的 DFT 变换速率,关心的 RBW 超过内奎斯特标准
RSA6000 系列 DPX 频谱模式每秒可以测量 292000 个频谱,能够以全部精度指标及100%概率检测最短10.3ms 的 RF 脉冲。扫频分析仪(SA)每秒扫描 50 次,要求脉冲长于20毫秒,才能以100%概率及全部精度检测脉冲。
RSA 与扫频分析仪比较
关心的传输频带被下变频到IF,然后数字化。时域样点以数字方式转换成
基带记录,其中包括一系列I (同相) 样点和Q (正交) 样点。在 IQ 记录的各个段上顺序执行 DFT,生成占用频率随时间变化的数学表示,如图2-6所示。
通过一群通带滤波器,然后在每个滤波器输出上对幅度和相位采样。频域行为随时间变化情况可以表示为频谱图,如图2-7所示,其中横轴是频率,竖轴是时间,幅度用颜色表示。
实时DFT以计算新频谱的速率高效地对全部进入信号采样。在执行FFT的时间段之间发生的事件会丢失。RSA 最小化或消除了“死区时间”,它执行基于硬件的DFT,通常以最快的采样率在重叠的时间段上执行变换。
相比之下,扫频分析仪在任何给定时间会调谐成单个频率。随着扫描推进,频率会变化,形成图2-7中所示的对角线。在扫描速度降慢时,直线的斜率会变陡,以便零频宽中频谱分析仪的函数能够表示为一条竖线,表明随着时间推移,仪器被调谐成单个频率。图2-7还显示了扫描会怎样漏掉瞬态事件,如图中的单个跳频。
实时频谱分析仪上的RBW
频率分辨率是一个重要的频谱分析仪指标。在我们试图测量频率相距很近的信号时,频率分辨率决定着频谱分析仪区分这些信号的能力。在传统频谱分析仪上,IF滤波器带宽决定着解析相邻信号的能力,也称为解析带宽(RBW)。例如,为解析幅度相等的、但频率相距100 kHz的两个信号,RBW 必需小于 100 kHz。
对基于 DFT 技术的频谱分析仪,RWB 与采集时间成反比。在采样频率相同时,为实现更小的 RBW,要求更多的样点。此外,窗口函数也影响着 RBW。